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IPMC(Ion-exchange Polymer Metal Composite)是一种新型离子聚合物金属复合电致动智能材料,一般是通过化学镀的方法,在基膜表面镀金属电极制备而成,这种材料具有功耗低、响应速度快、质量轻和柔韧性好等优点。IPMC电极材料一般采用金和铂,导致对于IPMC研究成本过高而限制了其推广和应用,因此,研究制备低成本电极材料成为IPMC研究领域的一个重要研究方向,本文采用导电性良好的Ag作为IPMC人工肌肉两侧金属电极,利用还原法制备Ag-IPMC。通过对Ag-IPMC电致动性能及力学性能研究,利用其性能参数获得人工肌肉驱动数学模型,进行仿真与实验对比;对Ag-IPMC人工肌肉的失效现象进行分析,研究其失效机理,并进行了 Ag-IPMC制备工艺的优化和研究,利用制备改进后的Ag-IPMC及胶接的柔性连接方式制作了实体模型,延长了Ag-IPMC使用寿命。建立悬臂梁弯曲测试结构,研究了传统制备方法得到的Ag-IPMC电致动性能,进行弯曲摆动性能测试和分析。测试其尖端输出力与驱动电压幅值、驱动电压频率及驱动电压波形之间的关系,尖端输出位移与电压、频率之间的关系;针对Ag-IPMC在不同情况下其含水率衰减进行了测试,并且研究了不同含水率下Ag-IPMC的尖端输出速度、加速度和角位移特性,揭示含水率对Ag-IPMC电致动性能的影响规律。对Ag-IPMC人工肌肉的力学性能进行了研究,通过弹性模量及泊松比的测量,得到两参数Mooney-Rivilin方程,利用公式法求出不同含水率的Ag-IPMC的C10和C01系数,然后根据超弹性大变形方程对Ag-IPMC在非电致动条件下建立数学模型,并对不同含水率的Ag-IPMC进行了力学仿真与实验对比,并将计算结果与测量值进行对比得到误差率,对Ag-IPMC应变与失水关系进行分析;利用压电模型将压电双晶片中压电系数d31类比等效到IPMC模型中进行计算,对其应变进行了分析,明确了含水率小是导致Ag-IPMC失水速度较慢的原因;最后,测得了不同含水率Ag-IPMC的压电系数,找出Ag-IPMC含水率随压电系数的变化规律。进行Ag-IPMC的失效现象分析,研究失效机理。将Ag-IPMC失效前、后样件进行对比,宏观上认识失效样件的异样,为了明确Ag-IPMC的失效现象,通过扫描电子显微镜对Ag-IPMC样件进了表面微观结构观察,对比分析电致动实验前后样件表面结构形态,Ag-IPMC在电激励下运动失效,其表面发生了多种明显的变化,且运动关节处出现应力集中使得其出现硬化现象,按失效现象特点总结并进行分类;最后进行失效机理研究,通过能谱仪选取的3处新制Ag-IPMC样件表面和5处失效Ag-IPMC样件表面进行能谱扫描,分析Ag-IPMC样件失效前、后其表面物质组分的变化规律,研究Ag-IPMC表面物质组分变化对运动失效的影响,揭示Ag-IPMC人工肌肉失效原因。为了改进并提高Ag-IPMC的性能,避免其电致动过程中出现失效,研究Ag-IPMC的制备方法及制备工艺,通过对Ag-IPMC失效现象和电激励效果进行分析总结,全面进行Ag-IPMC制备过程的改进、完善及优化。还研究了几个影响Ag-IPMC制备样件质量的关键因素。应用制备改进后的Ag-IPMC,对其采用胶接方法进行双片并联组合,形成仿生肌腱结构的柔性连接方式,并制作了仿生鱼尾进行研究,目的是解决力输出大小和夹持段处的失效问题,提高Ag-IPMC在实际应用中的性能。主要研究以下几个方面:鱼尾结构模型制作、Ag-IPMC双片并联组合致动器制作、仿生鱼尾的制作和鱼尾实体模型的测试。通过实体模型的研究,延长Ag-IPMC的使用寿命,从整体上提高Ag-IPMC的性能,为进一步研究发掘Ag-IPMC的潜力提供了理论和应用基础。